CN214543830U - 定子组件和双转子电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种定子组件和双转子电机。该定子组件包括定子铁芯(1)和定子绕组，定子铁芯(1)包括内侧定子槽(2)、内侧定子齿(3)、定子轭部(4)、外侧定子槽(5)和外侧定子齿(6)，定子绕组包括嵌设在内侧定子槽(2)内的内层绕组(7)和嵌设在外侧定子槽(5)内的外层绕组(8)。根据本申请的定子组件，能够提高绕组利用率，提高电机的输出转矩和功率密度。

Description

定子组件和双转子电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种定子组件和双转子电机。

背景技术

随着国家大力推进产业升级，电机领域会持续向高速化、小型化发展。随之而来的电机功率密度、损耗密度等均不断上升，电机绕组尤其是端部绕组的发热量将进一步上升。

采用背绕式绕线形式可以有效降低电机绕组端部尤其是出线端的大小，端部电阻随之变小，其发热量便可有效降低。但是，相同匝数条件下背绕式绕组所需要的定子槽空间更大，为了确保电机磁场分布不过度饱和以及相同电流下的输出转矩不变，电机定子铁心尺寸将变大，电机的功率密度将下降。

实用新型内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种定子组件和双转子电机，能够提高绕组利用率，提高电机的输出转矩和功率密度。

为了解决上述问题，本申请提供一种定子组件，包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯包括内侧定子槽、内侧定子齿、定子轭部、外侧定子槽和外侧定子齿，定子绕组包括嵌设在内侧定子槽内的内层绕组和嵌设在外侧定子槽内的外层绕组。

优选地，定子铁芯的内径为R2，外径为R1，定子轭部的内径为R4，外径为R3，内侧定子槽的内槽口宽度为L，单个内侧定子槽的横截面积为S，定子轭部的内径尺寸系数为λ1，定子轭部的外径尺寸系数为λ2，其中：

1.7≤λ1≤2.2，0.34≤λ2≤0.61。

优选地，内侧定子槽的径向深度为外侧定子槽的径向深度的两倍以上。

优选地，在垂直于定子铁芯的中心轴线的截面上，外侧定子槽的侧边位于内侧定子槽在该侧的侧边延长线上。

优选地，单个内侧定子槽的横截面积为S，单个外侧定子槽的横截面积为S1，S＜S1。

优选地，0.7≤S/S1≤0.9。

根据本申请的一个方面，提供了一种双转子电机，包括定子组件，该定子组件为上述的定子组件。

优选地，双转子电机还包括第一转子和第二转子，第一转子位于内侧定子齿的内周侧，第二转子位于外侧定子齿的外周侧。

优选地，第一转子为嵌入式或表贴式磁钢结构，第一转子外套设有第一护套，第一护套由非导磁材料制成；和/或，第二转子为嵌入式或表贴式磁钢结构，第二转子内套设有第二护套，第二护套由非导磁材料制成。

本申请提供的定子组件，包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯包括内侧定子槽、内侧定子齿、定子轭部、外侧定子槽和外侧定子齿，定子绕组包括嵌设在内侧定子槽内的内层绕组和嵌设在外侧定子槽内的外层绕组。该定子组件的定子绕组包括嵌设在内侧定子槽内的内层绕组和嵌设在外侧定子槽内的外层绕组，且同一线圈同时绕在内侧定子槽和外侧定子槽内，因此能够利用位于内侧定子槽内的内层绕组所形成的定子磁场与内侧定子槽内部的转子磁场相互作用产生电磁转矩，同时可以利用位于外侧定子槽内的外层绕组所形成的定子磁场与外侧定子槽外部的转子磁场相互作用产生电磁转矩，从而使得内层绕组和外层绕组均能够得到充分利用，可以提高定子绕组的利用率，进而提高电机的输出转矩、功率及功率密度。

附图说明

图1为本申请一个实施例的双转子电机的结构示意图；

图2为本申请一个实施例的双转子电机的定子组件的结构示意图；

图3为本申请一个实施例的双转子电机的定子铁芯的绕线结构示意图；

图4为本申请一个实施例的双转子电机的并联磁路结构图；

图5为现有技术中的单转子背绕式绕组电机与本申请的双转子背绕式绕组电机输出转矩对比图；

图6为本申请一个实施例的双转子电机的定子铁芯的尺寸关系图；

图7为本申请一个实施例的双转子电机的定子组件的绕线方法流程图。

附图标记表示为：

1、定子铁芯；2、内侧定子槽；3、内侧定子齿；4、定子轭部；5、外侧定子槽；6、外侧定子齿；7、内层绕组；8、外层绕组；9、第一转子；10、第二转子；11、第一护套；12、第二护套。

具体实施方式

结合参见图1至图6所示，根据本申请的实施例，定子组件包括定子铁芯1和定子绕组，定子铁芯1包括内侧定子槽2、内侧定子齿3、定子轭部4、外侧定子槽5和外侧定子齿6，定子绕组包括嵌设在内侧定子槽2内的内层绕组7和嵌设在外侧定子槽5内的外层绕组8。

该定子组件的定子绕组包括嵌设在内侧定子槽2内的内层绕组7和嵌设在外侧定子槽5内的外层绕组8，且同一线圈同时绕在内侧定子槽2和外侧定子槽5内，且内侧定子槽2形成在相邻的两个内侧定子齿3之间，外侧定子槽5形成在相邻的两个外侧定子齿6之间，因此能够利用位于内侧定子槽2内的内层绕组7所形成的定子磁场与内侧定子槽2内部的转子磁场相互作用产生电磁转矩，同时可以利用位于外侧定子槽5内的外层绕组8所形成的定子磁场与外侧定子槽5外部的转子磁场相互作用产生电磁转矩，从而使得内层绕组7和外层绕组8均能够得到充分利用，可以提高定子绕组的利用率，进而提高电机的输出转矩、功率及功率密度，还能够有效降低电机绕组的端部温度。

在一个实施例中，定子铁芯1的内径为R2，外径为R1，定子轭部4的内径为R4，外径为R3，内侧定子槽2的内槽口宽度为L，单个内侧定子槽2的横截面积为S，定子轭部4的内径尺寸系数为λ1，定子轭部4的外径尺寸系数为λ2，其中：

1.7≤λ1≤2.2，0.34≤λ2≤0.61。

在本实施例中，当R1和R2确定之后，可以通过内侧定子槽2的内槽口宽度来确定定子轭部4的内径R4和外径R3，因此，在进行定子铁芯1的设计过程中，可以将内槽口宽度L与定子轭部4的内径R4和外径R3进行关联，在单个内侧定子槽2的截面积S一定的情况下，通过调整内侧定子槽2的内槽口宽度L，可以相应地调整R3和R4的值，进而使得内侧定子槽2具有良好的槽满率，同时能够保证定子轭部的面积，使得内层绕组7和外层绕组8均能够具有足够的磁力线流动面积，避免出现磁路过饱和现象，同时也可以有效提高功率密度，提高电机输出转矩。

在一个实施例中，内侧定子槽2的径向深度为外侧定子槽5的径向深度的两倍以上，可以增大内侧定子槽2的深度，减小内槽口宽度L，从而进一步提高槽满率，提高铜线利用率。

在一个实施例中，在垂直于定子铁芯1的中心轴线的截面上，外侧定子槽5的侧边位于内侧定子槽2在该侧的侧边延长线上，使得内侧定子槽2和外侧定子槽5之间在结构上有更加良好的对应关系，能够降低内侧定子槽2和外侧定子槽5的设计难度，更加容易根据内侧定子槽2的结构尺寸确定外侧定子槽5的结构尺寸，提高设计效率。

在一个实施例中，单个内侧定子槽2的横截面积为S，单个外侧定子槽5的横截面积为S1，S＜S1。

在一个实施例中，0.7≤S/S1≤0.9。

定子铁芯由导磁材料制成，导磁材料例如为硅钢片、非晶合金或软磁材料。

结合参见图1至图5所示，根据本申请的实施例，双转子电机包括定子组件，该定子组件为上述的定子组件。

双转子电机还包括第一转子9和第二转子10，第一转子9位于内侧定子齿3的内周侧，第二转子10位于外侧定子齿6的外周侧。

第一转子9为嵌入式或表贴式磁钢结构，具体可以为实心结构或环形结构，第一转子9外套设有第一护套11，第一护套11由非导磁材料制成。第一转子9可以为轴向分段结构，也可以为周向分块结构，第一护套11例如为不锈钢或高强度合金材料或者碳纤维。

第二转子10为嵌入式或表贴式磁钢结构，具体可以为实心结构或环形结构，第二转子10内套设有第二护套12，第二护套12由非导磁材料制成。第二转子10可以为轴向分段结构，也可以为周向分块结构，第二护套12例如为不锈钢或高强度合金材料或者碳纤维。

第一转子9与第一护套11之间为过盈配合，具体过盈量由电机转速决定，第二转子10与第二护套12之间也为过盈配合，其过盈量由电机转速决定。

结合参见图4所示，本申请的实施例中，双转子电机采用背绕式绕组结构，使得内层绕组7能够与第一转子9配合，形成磁路结构，使得内层绕组7所产生的定子磁场与第一转子9所产生的转子磁场相互作用，产生电磁转矩，外层绕组8能够与第二转子10配合，形成磁路结构，使得外层绕组8所产生的定子磁场与第二转子10所产生的转子磁场相互作用，产生电磁转矩，从而使得背绕式绕组的内层绕组7和外层绕组8均能够得到充分利用，从而提高了电机输出转矩、功率以及功率密度。

结合参见图5所示，给出了现有技术中的单内层转子背绕式绕组电机以及本申请实施例的双转子背绕式绕组电机相同电流下的输出转矩，从图5中可以明确看出，在采用本申请实施例的双转子电机之后，相对于现有技术中的单转子电机而言，输出转矩提升了208％，相同转速下电机功率密度也提升了208％，电机功率密度提升巨大。

结合参见图7所示，根据本申请的实施例，上述的定子组件的绕线方法包括：对定子铁芯1进行绕线，使得单个线圈同时绕设在径向上对应的内侧定子槽2和外侧定子槽5内；按相进行线圈绕制，形成嵌设在内侧定子槽2内的内层绕组7和嵌设在外侧定子槽5内的外层绕组8。

按相进行线圈绕制的绕线顺序依次为A+→C-→B+→A-→C+→B-，先完成A+相的绕线，然后完成C-相的绕制，依次类推。

结合参见图3所示，A+相的绕线过程如下：绕组一端从A+相一侧边缘的一号内侧定子槽①正面嵌入，跨过定子轭部后从背面进入该内侧定子槽对应的一号外侧定子槽②内；在完成一号内侧定子槽①和一号外侧定子槽②的绕线之后，使得绕组斜跨过定子轭部4后，从正面进入与一号内侧定子槽①相邻的二号内侧定子槽③内，进行二号内侧定子槽③和二号外侧定子槽④的线圈绕制；此后依次进入⑤、⑥、⑦、⑧号定子槽，完成A+相绕组下线。其他相绕组的下线方式与A+相一致，这样便完成了背绕式绕组下线。

此处的正面是指一号内侧定子槽的绕组进线侧所在端面，从一号定子槽进入二号定子槽的斜跨是指从一号外侧定子槽的正面跨过定子轭部4的端面，并从正面进入到二号内侧定子槽内，进行绕线。

本申请的定子组件绕线方法，采用单套绕组同时绕设内层绕组7和外层绕组8，实现背绕式绕组的绕线，结构简单，绕制方便，能够提高绕线效率，同时可以有效减少绕组浪费，提高绕组利用率。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种定子组件，其特征在于，包括定子铁芯(1)和定子绕组，所述定子铁芯(1)包括内侧定子槽(2)、内侧定子齿(3)、定子轭部(4)、外侧定子槽(5)和外侧定子齿(6)，所述定子绕组包括嵌设在所述内侧定子槽(2)内的内层绕组(7)和嵌设在所述外侧定子槽(5)内的外层绕组(8)。

2.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述定子铁芯(1)的内径为R2，外径为R1，所述定子轭部(4)的内径为R4，外径为R3，所述内侧定子槽(2)的内槽口宽度为L，单个所述内侧定子槽(2)的横截面积为S，所述定子轭部(4)的内径尺寸系数为λ1，所述定子轭部(4)的外径尺寸系数为λ2，其中：

1.7≤λ1≤2.2，0.34≤λ2≤0.61。

3.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述内侧定子槽(2)的径向深度为所述外侧定子槽(5)的径向深度的两倍以上。

4.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，在垂直于所述定子铁芯(1)的中心轴线的横截面上，所述外侧定子槽(5)的侧边位于所述内侧定子槽(2)在该侧的侧边延长线上。

5.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，单个所述内侧定子槽(2)的横截面积为S，单个所述外侧定子槽(5)的横截面积为S1，S＜S1。

6.根据权利要求5所述的定子组件，其特征在于，0.7≤S/S1≤0.9。

7.一种双转子电机，包括定子组件，其特征在于，所述定子组件为权利要求1至6中任一项所述的定子组件。

8.根据权利要求7所述的双转子电机，其特征在于，所述双转子电机还包括第一转子(9)和第二转子(10)，所述第一转子(9)位于所述内侧定子齿(3)的内周侧，所述第二转子(10)位于所述外侧定子齿(6)的外周侧。

9.根据权利要求8所述的双转子电机，其特征在于，所述第一转子(9)为嵌入式或表贴式磁钢结构，所述第一转子(9)外套设有第一护套(11)，所述第一护套(11)由非导磁材料制成；和/或，所述第二转子(10)为嵌入式或表贴式磁钢结构，所述第二转子(10)内套设有第二护套(12)，所述第二护套(12)由非导磁材料制成。

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